本书全面介绍了计算机图形学的基础概念、技术和方法，按照计算机图形绘制流水线，循序渐进地介绍基本图形算法、物体建模、几何变换、光照绘制、计算机动画技术、声音模拟技术和基于深度学习的图形技术。书中融入了计算机图形学领域的前沿研究成果，特别是深度学习在计算机图形学领域中的前沿应用，每章内容中包含相关算法的程序代码，并附有习题，有利于读者更好地理解知识点并进行动手实践。 本书可作为高校计算机、软件工程、人工智能、应用数学、电子工程、数字媒体等相关专业本科生或研究生的教材，也可作为计算机游戏设计、动画、影视制作、计算机仿真、虚拟现实等领域的研究人员和技术人员的参考书。

刘世光，天津大学智能与计算学部教授、博士生导师。2007年毕业于浙江大学计算机辅助设计与图形系统全国重点实验室，获博士学位。主要研究方向为计算图形学、图像/视频处理、声音合成与处理、虚拟现实等，在相关领域的国内外知名期刊和会议发表学术论文100余篇。获国家重点研发计划项目、国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金项目等的研究资助，研究成果荣获“中国计算机学会科技成果奖”自然科学二等奖、陆增镛CAD&CG高科技奖等。担任IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing、IEEE Transactions on Consumer Electronics、Computer Animation and Virtual Worlds、Journal of the Audio Engineering Society 等期刊的编委。

目　　录
前言
第1章　绪论1
　1.1　计算机图形学的概念与发展
历史1
　1.2　图形绘制流水线1
　1.3　OpenGL3
　　1.3.1　OpenGL的特性3
　　1.3.2　OpenGL的函数库3
　　1.3.3　OpenGL示例程序3
　1.4　计算机图形学的应用5
　1.5　参考文献6
　1.6　本章习题6
第2章　基本图形算法7
　2.1　直线绘制7
　　2.1.1　直线绘制的基本概念8
　　2.1.2　直线绘制算法9
　　2.1.3　直线绘制算法的比较与
优化13
　2.2　图形裁剪14
　　2.2.1　图形裁剪的基本概念14
　　2.2.2　直线裁剪算法16
　　2.2.3　多边形裁剪算法21
　2.3　填充24
　　2.3.1　扫描线填充算法24
　　2.3.2　种子填充算法25
　2.4　消隐26
　　2.4.1　消隐的分类与基本
方法27
　　2.4.2　画家算法27
　　2.4.3　Z-Buffer算法28
　　2.4.4　扫描线消隐算法29
　　2.4.5　光线投射算法30
　　2.4.6　消隐算法的分析与
比较30
　2.5　本章习题31
第3章　物体建模33
　3.1　概述33
　3.2　多边形网格建模34
　　3.2.1　基本概念34
　　3.2.2　多边形网格35
　　3.2.3　三角形网格38
　　3.2.4　网格化算法40
　　3.2.5　多边形网格的数据
结构45
　　3.2.6　多边形网格建模的
优势和劣势46
　3.3　参数曲线和曲面建模47
　　3.3.1　参数曲线和参数曲面47
　　3.3.2　Bezier曲线50
　　3.3.3　Bezier曲面56
　　3.3.4　B样条曲线58
　　3.3.5　B样条曲面63
　　3.3.6　参数曲面建模的优势和
劣势65
　3.4　隐式曲面建模65
　3.5　体素建模66
　3.6　构造实体几何67
　3.7　高级建模技术68
　　3.7.1　基于图像的建模68
　　3.7.2　三维激光扫描建模69
　3.8　建模软件与工具69
　　3.8.1　工业设计建模软件69
　　3.8.2　影视动画类建模软件71
　3.9　参考文献73
　3.10　本章习题73
第4章　几何变换74
　4.1　基本的二维几何变换74
　　4.1.1　二维平移74
　　4.1.2　二维缩放76
　　4.1.3　二维旋转77
　4.2　二维几何变换的矩阵表示和
齐次坐标79
　4.3　二维逆变换80
　4.4　二维复合变换81
　　4.4.1　二维基本复合变换82
　　4.4.2　非原点的旋转变换84
　　4.4.3　非原点的缩放变换85
　4.5　其他的二维几何变换86
　　4.5.1　剪切变换86
　　4.5.2　镜像变换87
　4.6　基本的三维变换90
　　4.6.1　三维平移90
　　4.6.2　三维缩放91
　　4.6.3　三维旋转93
　4.7　三维复合旋转变换95
　　4.7.1　复合平移变换96
　　4.7.2　基于原点的复合旋转
变换97
　　4.7.3　基于原点的复合缩放
变换99
　　4.7.4　非原点的旋转变换100
　　4.7.5　非原点的缩放变换100
　4.8　其他的三维变换101
　4.9　本章习题102
第5章　光照绘制104
　5.1　光照的基本原理104
　　5.1.1　光的性质104
　　5.1.2　几何光学105
　5.2　光照模型106
　　5.2.1　简单光照模型106
　　5.2.2　明暗处理及阴影
生成107
　5.3　光线追踪技术110
　5.4　大气光学现象的绘制111
　　5.4.1　大气散射引起的光学
现象的绘制111
　　5.4.2　大粒子引起的大气
光象的绘制113
　　5.4.3　大气折射引起的光学
现象的绘制114
　5.5　参考文献114
　5.6　本章习题116
第6章　计算机动画技术117
　6.1　计算机动画的分类117
　6.2　基于物理的流体模拟118
　　6.2.1　欧拉法119
　　6.2.2　拉格朗日法120
　　6.2.3　晶格玻尔兹曼法127
　　6.2.4　几种流体模拟方法的
比较128
　6.3　基于粒子系统的动画129
　6.4　参考文献129
　6.5　本章习题130
第7章　声音模拟技术131
　7.1　声音的基础131
　　7.1.1　声音的产生到感知132
　　7.1.2　声音波动方程133
　　7.1.3　声音感知特性135
　7.2　声音合成135
　　7.2.1　基于信号的声音合成
方法136
　　7.2.2　基于物理模拟的声音
合成方法137
　　7.2.3　基于物理模拟的声音
合成实践139
　7.3　声音传播146
　　7.3.1　几何方法146
　　7.3.2　数值方法147
　7.4　声音渲染148
　　7.4.1　双耳声渲染149
　　7.4.2　Ambisonics150
　7.5　参考文献151
　7.6　本章习题152
第8章　基于深度学习的图形
技术153
　8.1　深度学习的原理与经典
模型153
　　8.1.1　深度学习的原理153
　　8.1.2　深度学习的经典
模型155
　　8.1.3　深度学习框架158
　　8.1.4　Jittor在图形生成中的
应用与实践164
　8.2　深度学习在计算机图形学中的
前沿应用168
　　8.2.1　基于深度学习的人体
动画生成168
　　8.2.2　神经渲染168
　8.3　参考文献170
　8.4　本章习题171